приложения плазмы с конденсированной дисперсной фазой

XXXVI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 9 – 13 февраля 2009 г.
ПРИЛОЖЕНИЯ ПЛАЗМЫ С КОНДЕНСИРОВАННОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ
А.В. Филиппов
ФГУП Государственный научный центр РФ Троицкий Институт Инновационных и
Термоядерных Исследований, Россия, 142190, Московская обл., г. Троицк, ул. Пушковых,
владение 12
Сегодня пылевая плазма вследствие ее ряда уникальных свойств широко используется в
различных приложениях. Одним из наиболее интересных приложений пылевой плазмы
является автономный фотовольтаический источник электрической энергии с использованием
радиоактивного топлива в виде микронных пылевых частиц, левитирующих в составе
плазменно-пылевого облака в рабочем газе – конвертере энергии быстрых заряженных
частиц радиоактивного распада в ультрафиолетовое излучение. Придание радиоактивному
топливу форму частиц микронного размера значительно снижает потери энергии частиц
распада в самом радиоактивном материале. Под действием ионизирующего излучения в
специально подобранной газовой смеси инертных газов, рабочей компонентой которой
является ксенон, с высокой эффективностью образуются эксимерные молекулы. Они
высвечивают ультрафиолетовые фотоны с длиной волны около 172 нм, которые, в свою
очередь, за счет фотовольтаического эффекта индуцирует ЭДС в широкозонном
полупроводнике. Основное преимущество предлагаемого метода по сравнению с
существующими состоит в отсутствии низкоэффективного теплового цикла и ограничений
мощности батареи. В настоящей работе представлены результаты экспериментальных и
теоретических исследований пылевой плазмы с ионизацией газа пучком быстрых
электронов, направленных на создание физических основ предлагаемой атомной батареи.
Далее представлены результаты экспериментов и теоретических исследований по
фотоэмиссионной зарядке пылевых частиц микронного размера, что важно как для
понимания физики явлений в верхних слоях атмосферы, так и для создания систем
дистанционной диагностики пылевых частиц в атмосфере.
В последней части рассмотрена возможность сверхвысокой зарядки микрочастиц. При
высоких зарядах частиц конденсированной дисперсной фазы, ионы в их электростатическом
поле ускоряются до высоких энергий. Это открывает перспективы использования высоко
заряженных частиц: для глубокой имплантации ионов с целью получения материалов с
новыми свойствами; для каталитического ускорения скорости реакций с высоким
энергетическим барьером; в ионных двигателях, предназначенных для ускорения
космических объектов; в ракетных двигателях и в МГД генераторах для защиты стенок от
микрочастиц дисперсной фазы, образующихся при сгорании топлива. Эти исследования
также важны для физики реакторов управляемого термоядерного синтеза в свете того, что:
пылевые частицы экспериментально наблюдались в рабочем объеме этих реакторов;
водородные таблетки (пеллеты) размером несколько сотен микрон специально вводятся в
термоядерные реакторы в качестве топлива, а макрочастицы из тугоплавких материалов для диагностики плазмы. Сегодня в физике пылевой плазмы, в основном, изучаются
процессы зарядки микрочастиц в плазме широко распространенных типов разряда – в
тлеющем разряде постоянного тока, в ВЧ-разряде, в термической плазме, в
несамостоятельном разряде и т.д. В таких типах разряда температура электронов не
превышает нескольких электронвольт, поэтому потенциал поверхности пылевых частиц не
превышает нескольких вольт. В настоящей работе представлены результаты изучения
зарядки уединенной пылевой частицы в горячей плазме, в которой есть две группы
электронов с различной температурой и холодные ионы с третьей температурой функций
распределения по энергии.
1